(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電膜に対する張力を所望の状態に管理することができる圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力検出装置１は、圧電膜４０を間に挟んで上ケース２０と下ケース３０とを互いに突き合わせることにより、圧電膜４０によって仕切られた一対の圧力室２１，３１を形成する本体部１０と、弾性部材で形成されるＯリング５０と、を有する。ここで、上ケース２０に形成される上側溝部２２は、上側溝部２２の内径ＤciがＯリング５０の内径Ｄriと対応して設定されるとともに、上側溝部２２の深さＬｃがＯリング５０の太さＤｄよりも小さく設定されている。【選択図】図１
2013068446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電膜と、
前記圧電膜を間に挟んで第１のケースと第２のケースとを互いに突き合わせることにより、前記圧電膜によって仕切られた一対の圧力室を形成する本体部と、
弾性部材で形成される第１のＯリングと、を有し、
前記本体部をなす第１のケースは、前記圧電膜を介して前記第２のケースと突き合う面において前記第１のＯリングを収容する環状の第１の溝部を備え、
前記第１の溝部は、当該第１の溝部の内径が前記第１のＯリングの内径と対応して設定されるとともに、前記第１の溝部の深さが前記第１のＯリングの太さよりも小さく設定されていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記第１の溝部は、当該第１の溝部の外形が前記第１のＯリングの外形よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載された圧力検出装置。
【請求項３】
弾性部材で形成される第２のＯリングをさらに有し、
前記本体部をなす第２のケースは、前記圧電膜を介して前記第１のケースと突き合う面において前記第２のＯリングを収容する環状の第２の溝部を備え、
前記第２の溝部は、前記第１の溝部とオフセットするように当該第１の溝部の外周側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された圧力検出装置。
【請求項４】
前記第２の溝部は、当該第２の溝部の内径が前記第２のＯリングの内径と対応して設定されるとともに、前記第２の溝部の深さが前記第２のＯリングの太さよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項３に記載された圧力検出装置。
【請求項５】
前記第２の溝部は、当該第２の溝部の外形が前記第２のＯリングの外形よりも大きく設定されることを特徴とする請求項４に記載された圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電膜を利用して圧力を検出する圧力検出装置が知られている。この圧力検出装置は、圧電膜によって仕切られた一対の圧力室を備えており、一方の圧力室に検出流体を導入する。検出流体の圧力に応じて圧電膜に応力が作用すると、圧電膜が電荷を発生し、これを電気的に検出することで、検出流体の圧力を検出する。
【０００３】
例えば特許文献１には、圧電膜を利用した流体振動検出装置が開示されている。この流体振動検出装置では、第１のハウジングと第２のハウジングとを圧電膜を介してシート型接着剤である接合部により接着している。この場合、圧電膜に対しては延伸方向の一軸方向に対して張力付加治具を用いて張力をかけながら接着が行われる。これにより、圧電膜の弛みが防止され安定した特性を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された手法によれば、圧電膜の固定を接着にて行い、圧電膜に張力を付与する治具が必要となる。そのため、圧電膜の組み付け作業が繁雑になり、また、圧電膜自体が薄いために所望の張力で圧電膜を組み付けることが容易ではなく張力管理が困難となるという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電膜に対する張力を所望の状態に管理することができる圧力検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、圧電膜と、圧電膜を間に挟んで第１のケースと第２のケースとを互いに突き合わせることにより、圧電膜によって仕切られた一対の圧力室を形成する本体部と、弾性部材で形成される第１のＯリングと、を有する圧力検出装置を提供する。この場合、本体部をなす第１のケースは、圧電膜を介して第２のケースと突き合う面において第１のＯリングを収容する環状の第１の溝部を備え、第１の溝部は、当該第１の溝部の内径が第１のＯリングの内径と対応して設定されるとともに、第１の溝部の深さが第１のＯリングの太さよりも小さく設定されている。
【０００８】
ここで、第１の発明において、第１の溝部は、第１の溝部の外形が第１のＯリングの外形よりも大きく設定されることが好ましい。
【０００９】
また、第１の発明は、弾性部材で形成される第２のＯリングをさらに有していてもよい。この場合、本体部をなす第２のケースは、圧電膜を介して第１のケースと突き合う面において第２のＯリングを収容する環状の第２の溝部を備え、第２の溝部は、第１の溝部とオフセットするように当該第１の溝部の外周側に形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、第１の発明において、第２の溝部は、当該第２の溝部の内径が第２のＯリングの内径と対応して設定されるとともに、第２の溝部の深さが第２のＯリングの太さよりも小さく設定されていることが望ましい。
【００１１】
また、第１の発明において、第２の溝部は、当該第２の溝部の外形が第２のＯリングの外形よりも大きく設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｏリングは、第１の溝部に内接した状態で収容されるため、内周方向への変位が上側溝部の内周壁面によって規制されることとなり、径方向の外側へと変形する。これにともない、圧電膜とＯリングとの接触位置が外側へとずれるため、圧電膜がＯリングの全域において径方向の外側へと引っ張られることにより、当該圧電膜に対して均等に張力を付与することができる。これにより、圧電膜に対する張力を所望の状態に管理することを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る圧力検出装置を模式的に示す断面図
【図２】上側溝部の説明図
【図３】上側溝部の近傍を模式的に示す拡大図
【図４】Ｏリングによる張力付与状態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施形態に係る圧力検出装置１を模式的に示す断面図である。圧力検出装置１は、気体や液体などの流体の圧力を検出するものであって、例えばガスメータ内の気体など流体の圧力を検出する部位に設けられる。この圧力検出装置１は、本体部１０と、圧電膜４０と、Ｏリング５０，６０とを主体に構成されている。
【００１５】
本体部１０は、上ケース２０と、下ケース３０とで構成されている。この本体部１０は、圧電膜４０を間に挟んで上ケース２０と下ケース３０とを互いに突き合わせることにより、圧電膜４０によって仕切られた一対の圧力室２１，３１を形成している。上ケース２０と圧電膜４０との間には、気密性を確保するためのＯリング５０が配置され、同様に、下ケース３０と圧電膜４０との間に、Ｏリング６０が配置されている。
【００１６】
上ケース２０は、断面形状が略コの字形状を有し、一方が開口された方形又は矩形の筐体であり、圧電膜４０とともに一方の圧力室２１を画定している。この圧力室２１は、Ｏリング５０と、圧電膜４０と、上ケース２０とによって密閉された空間として構成されている。なお、圧力室２１は、必ずしも密閉された空間に構成する必要はなく、後述する下ケース３０側の圧力室３１に導入される検出流体との間で相対的な圧力状態を確保できれば足り、導入路を備えていてもよい。
【００１７】
図２は、上側溝部２２の説明図であり、（ａ）は上ケース２０を開口側から示す平面図であり、（ｂ）は、上ケース２０側に配置されるＯリングを示す平面図である。同図に示すように、上ケース２０は、圧電膜４０を介して下ケース３０と突き合う面（以下「対向面」という）２０ａに、上側溝部２２を備えている。この上側溝部２２は、上ケース２０と、圧電膜４０との間に配置されるＯリング５０を収容する。具体的には、上側溝部２２は、対向面２０ａの一部を凹状に窪ませることにより形成される、Ｏリング５０の形状と対応した環状の溝である。
【００１８】
ここで、上側溝部２２は、その内径Ｄciが、内部に収容するＯリング５０の内径Ｄriと対応するように設定される。そのため、上側溝部２２に、Ｏリングを収容した場合、Ｏリング５０が上側溝部２２の内周壁面に内接した格好となる。このような内径の対応形態は、上側溝部２２の内径Ｄciと、Ｏリング５０の内径Ｄriとを一致させることにより実現されるが、厳密な意味での一致のみならず、後述する効果を奏する範囲において許容可能な範囲の誤差を含むことができる。
【００１９】
図３は、上側溝部２２の近傍を模式的に示す拡大図である。同図に示すように、上側溝部２２は、その深さＬｃがＯリング５０の太さＤｄよりも小さく設定されている。すなわち、上側溝部２２にＯリング５０を収容した場合には、Ｏリング５０の一部が対向面２０ａよりも突出した格好となる。
【００２０】
これに対して、下ケース３０は、断面形状が略コの字形状を有し、一方が開口された方形又は矩形の筐体であり、圧電膜４０とともに他方の圧力室３１を画定している。また、下ケース３０側の圧力室３１には、検出流体を圧力室３１へ導入するための導入路３２が接続されている。圧力室３１は、この導入路３２による連通部を除き、Ｏリング６０と、圧電膜４０と、下ケース３０とによって密閉された空間として構成されている。
【００２１】
下ケース３０は、圧電膜４０を介して上ケース２０と突き合う面（以下「対向面」という）３０ａに、下側溝部３３を備えている。この下側溝部３３は、下ケース３０と、圧電膜４０との間に配置されるＯリング６０を収容する。具体的には、下側溝部３３は、対向面３０ａの一部を凹状に窪ませることにより形成される、Ｏリング６０の形状と対応した環状の溝である。なお、下側溝部３３は、上ケース２０側の上側溝部２２と比較して、この上側溝部２２とオフセットするように上側溝部２２の外周側に形成されている。
【００２２】
ここで、下側溝部３３とこれに収容されるＯリング６０との関係は、前述の上側溝部２２とこれに収容されるＯリング５０との関係と同様である。すなわち、下側溝部３３は、その内径が、内部に収容するＯリング６０の内径と対応するように設定される。また、下側溝部３３は、その深さがＯリング６０の太さよりも小さく設定されている。
【００２３】
圧電膜４０は、例えば高分子圧電膜で構成されており、その両面に形成された電極（図示せず）に電極端子（図示せず）が接続されて構成されている。例えば、電極は、高分子圧電膜の表裏にＡｌやＡｇ等の金属を蒸着することにより形成されている。この圧電膜４０は、検出流体の圧力に応じた圧電膜４０の応力変化を圧力信号として電極端子を通じて出力する。電極端子を通じて出力された圧力信号は、ＣＰＵ等の圧力算出部（図示せず）に送信され、圧力算出部にて演算により圧力が求められることとなる。
【００２４】
Ｏリング５０，６０は、断面Ｏ形（円形）の環状のパッキンであり、ゴムなどの弾性部材で形成されている。なお、Ｏリング５０，６０と、上側溝部２２・下側溝部３３との関係は相対的なものであり、前述の関係を満たす限り、Ｏリング５０，６０の寸法や形状を設定した後に、上側溝部２２・下側溝部３３の寸法や形状を設定してもよいし、上側溝部２２・下側溝部３３の寸法や形状を設定した後に、Ｏリング５０，６０の寸法や形状を設定してもよい。
【００２５】
このように本実施形態において、上ケース２０に形成される上側溝部２２は、上側溝部２２の内径ＤciがＯリング５０の内径Ｄriと対応して設定されるとともに、上側溝部２２の深さＬｃがＯリング５０の太さＤｄよりも小さく設定されている。
【００２６】
かかる構成によれば、圧電膜４０を間に挟んだ状態で上ケース２０と下ケース３０とを互いに突き合わせると、下ケース３０の対向面３０ａによって押圧されることにより、Ｏリング５０は上側溝部２２から突出した分だけ潰れ変形する。Ｏリング５０及び上側溝部２２の内径Ｄri，Ｄciの関係から明らかなように、Ｏリング５０は、上側溝部２２に内接した状態で収容されているため、径方向の内側への変位が上側溝部２２の内周壁面によって規制され、径方向の外側へと変形する。これにともない、圧電膜４０とＯリング５０との接触位置が外側へずれ、圧電膜４０がＯリング５０の全域において径方向の外側へと力Ｆｔにて引っ張られることにより、当該圧電膜４０に対して均等に張力を付与することができる。そのため、Ｏリング５０及び上側溝部２２の存在を前提に、圧電膜４０を間に挟んだ状態で上ケース２０と下ケース３０とを互いに突き合わせるだけで、圧電膜４０に対する所望の張力を付与することができるので、治具などを用いる必要もなく、電膜に対する張力を所望の状態に管理することを容易に実現することができる。さらに、このＯリング５０により、圧電膜４０と上ケース２０との間の気密性を確保することができるので、検出精度の低下を招くといった事態もない。これにより、圧電膜４０の張力管理を行いつつ気密性の確保という二つの要求を効果的に実現することができる。
【００２７】
なお、圧電膜４０に付与される張力は、Ｏリング５０の材質、Ｏリング５０の内径Ｄri、Ｏリング５０の潰れ量の３つのパラメータにより制御し得る。例えば、Ｏリング５０の潰れ量、すなわち、上側溝部２２の深さＬｃとＯリング５０の太さＤｄとの差が大きい程、圧電膜４０に対して付与される張力を大きく設定することができる。また、Ｏリング５０の材質として硬質なものを採用すれば、圧電膜４０に対して付与される張力を大きく設定することができる。さらに、同一の材質及び潰れ量であれば、Ｏリング５０の内径Ｄriが大きい程、圧電膜４０に作用する張力は小さくなる。そのため、所定の張力を得るためには、Ｏリング５０の内径Ｄriに応じて、Ｏリング５０の材質や潰れ量を変更することが好ましい。このように、圧電膜４０に付与される張力は上記のパラメータに依存するので、これらを予め適切に選択しておくことにより、圧電膜４０に対する張力を所望の状態に管理することができる。
【００２８】
また、本実施形態において、上側溝部２２は、上側溝部２２の外形がＯリング５０の外形よりも大きく設定される。これにより、潰れ変形したＯリング５０が径方向の外側からの干渉を受けることなく変形することができるので、圧電膜４０に適切に張力を付与することが可能となる。
【００２９】
さらに、本実施形態において、本体部１０をなす下ケース３０は、圧電膜４０を介して上ケース２０と突き合う面においてＯリング６０を収容する環状の下側溝部３３を備えている。この場合、下側溝部３３は、上側溝部２２とオフセットするように上側溝部２２の外周側に形成されている。
【００３０】
下ケース３０と圧電膜４０との間の気密性を確保するためには、両者３０，４０との間にもＯリング６０を配置する必要がある。この際、この下側溝部３３と上側溝部２２とが位置的に対応している場合には、上ケース２０と下ケース３０とを突き合わせた際に、Ｏリング６０がＯリング５０に対してずれたり滑ったりすることで、前述したようなＯリング５０の潰れ変形を得ることができない可能性がある。この点、本実施形態によれば、下側溝部３３が、上側溝部２２とオフセットしていることで、下ケース３０の対向面３０ａ（平面領域）がＯリング５０と突き当たることとなるので、Ｏリング５０が確実に潰れ変形し、これにより、圧電膜４０に適切に張力を付与することができる。また、これが上側溝部２２よりも外周側に存在することで、Ｏリング５０による張力付与を妨げるといった事態を抑制することができる。
【００３１】
また、下側溝部３３は、この下側溝部３３の内径がＯリング６０の内径と対応して設定されるとともに、下側溝部３３の深さがＯリング６０の太さよりも小さく設定されている。かかる構成によれば、下側溝部３３に収容されるＯリング６０によっても、その潰れ変形により、当該圧電膜４０に対して張力を付与することができる。圧電膜４０に付与される張力は、上側溝部２２に収容されるＯリング５０によって主体的に付与されることとなるが、下側溝部３３に収容されるＯリング６０にも同様な機能をもたせることにより、圧電膜４０に対して張力を補助的に付与することができる。また、このＯリング６０により、圧電膜４０と上ケース２０との間の気密性を確保することができる。その結果、圧電膜４０の張力管理を行いつつ気密性の確保という二つの要求を効果的に実現することができる。
【００３２】
また、本実施形態において、下側溝部３３は、下側溝部３３の外形がＯリング６０の外形よりも大きく設定される。これにより、潰れ変形したＯリング６０が径方向の外側からの干渉を受けることなく変形することができるので、圧電膜４０に対する補助的な張力を適切に付与することが可能となる。
【００３３】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態に係る圧力検知装置はガスメータ内の気体の圧力を検出する例を説明したが、他の気体の圧力を検出することも可能であり、さらに、液体の圧力検出に用いられてもよく、流体の圧力を検出する用途に広く適用することができる。また、上ケースに形成した上側溝部に対して、下側ケースに形成した下側溝部を外周側に配置したが、この関係を逆転させて、下ケースに形成した下側溝部に対して、上側ケースに形成した上側溝部を外周側に配置してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１    圧力検出装置
１０    本体部
２０    上ケース
２０ａ  対向面
２１    圧力室
２２    上側溝部
３０    下ケース
３０ａ  対向面
３１    圧力室
３２    導入路
３３    下側溝部
４０    圧電膜
５０    Ｏリング
６０    Ｏリング
【図１】
2013068446.tif 000003
【図２】
2013068446.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013068446.tif 000006